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1、第二节 化学电源,新知预习,自主预测,一、化学电池 将化学能转化为电能的装置。 1.分类 一次电池活性物质消耗到一定程度后不能再用,如普通的锌锰电池、碱性锌锰电池等 | 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生,如充电电池或蓄电池等 | 燃料电池燃料失电子,氧化剂得电子的电池,如氢氧燃料电池等 2.优点 具有能量转化率高,供能稳定可靠,使用方便,易于维护等优点。,新知预习,自主预测,3.判断电池优劣的主要标准 (1)比能量:即单位质量和单位体积所能输出电能的多少,单位“(Wh)/kg”或“(Wh)/L”。 (2)比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率的大小,单位“W/kg”或“W/L”。
2、(3)电池可储存时间的长短。,新知预习,自主预测,二、几种常见的化学电池 1.一次电池 (1)碱性锌锰电池: 构造: 组成: 正极:MnO2;负极:Zn;电解质:KOH。 工作原理: 负极反应:Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2; 正极反应:2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-; 总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。,新知预习,自主预测,(2)银锌电池: 构造: 组成:负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH。 工作原理: 负极反应:Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2; 正极反应:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-; 电池反应:Zn+
3、Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。,新知预习,自主预测,2.二次电池(以铅蓄电池为例) (1)构造: (2)组成:正极:PbO2;负极:Pb;电解质:H2SO4。,新知预习,自主预测,(3)工作原理: 铅蓄电池是最常见的二次电池,其电极反应分为放电和充电两个过程。,新知预习,自主预测,3.燃料电池(以酸性氢氧燃料电池为例) (1)构造: (2)工作原理:,新知预习,自主预测,1.想一想,连一连。 a.干电池 一次电池 b.铅蓄电池 二次电池 c.锌锰电池 燃料电池 d.氢氧燃料电池 绿色电池 答案 a,b,c,d、 2.燃料电池是一种新型电池,它利用燃料在反应过程中把化学能直接转化为电
4、能。氢氧燃料电池的基本反应如下:X极,O2(g)+2H2O(l)+4e-=4OH-;Y极,2H2(g)+4OH-4e-=4H2O(l)。下列判断中,正确的是( ) A.X是负极 B.Y是正极 C.Y极发生还原反应 D.Y极发生氧化反应 答案 D,探究一,探究二,电极反应式的书写 问题探究 1.溶液的酸碱性对书写电极反应式有何影响? 答案 在书写电极反应式时一定要注意电解质是什么,其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应。碱性电解质溶液中,电极反应式中不能出现H+;酸性电解质溶液中,电极反应式中不能出现OH-。 2.根据铅蓄电池正负极、阴阳极的电极反应式找出二次电池的放电、充电过程中电极反应的
5、对应关系。 答案 二次电池放电时的负极反应与充电过程中阴极反应是互逆过程;放电时的正极反应与充电过程中的阳极反应是互逆过程。所以根据放电时的电极反应式很容易确定充电时的电极反应式。,探究一,探究二,知识归纳 化学电源电极反应式的书写 (1)根据装置书写电极反应式 先分析题目给定的图示装置,确定原电池的正负极上的反应物质。 负极:活泼金属或燃料失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池的负极:Pb+ -2e-=PbSO4。 正极:阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2,则有以下规律: 电解质是碱性或中性:O2+2H2O+4
6、e-=4OH-; 电解质是酸性:O2+4H+4e-=2H2O。 总反应式:正负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总方程式。,探究一,探究二,(2)给出总反应式,写电极反应式 如果给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),再选择一个简单变化情况去写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。 (3)可充电电池电极反应式的书写 在书写可充电电池电极反应式时,要明确电池和电极,放电为原电池,充电为放电的逆过程。 放电时的负极与充电时的阳极均发生氧化反应,对应元素化合价升高。 放电时的正极与充电时的阴
7、极均发生还原反应,对应元素化合价降低。,探究一,探究二,(4)电极反应式的书写过程归纳 列物质,标得失:根据负极(阳极)发生氧化反应,正极(阴极)发生还原反应,判断出电极的产物,分析得失电子的数量,利用得失电子守恒配平。 选离子,配电荷:根据溶液的酸碱性选择合适的离子,确保电极产物能在电解质溶液中稳定存在,然后利用电荷守恒进行配平。 巧用水,配个数:通常介质为水溶液,根据需要选择水为反应物或生成物,利用质量守恒进行配平。,探究一,探究二,典例剖析 【典例1】 在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。下列有关该电池的电
8、极反应式的书写正确的是( ) A.负极反应式为Zn-2e-=Zn2+ B.负极反应式为Zn+2H2O-2e-=Zn(OH)2+2H+ C.正极反应式为2MnO2+2H+2e-=2MnOOH D.正极反应式为2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- 解析 在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得出现H+。在碱性电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为Zn(OH)2。 答案 D,探究一,探究二,答案 C,探究一,探究二,常见的燃料电池 问题探究 1.燃料电池的两电极反应有何特点? 答案 两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,通入电源负
9、极。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,通入电源正极。 2.氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗? 答案 相同,都为2H2+O2=2H2O。,探究一,探究二,知识归纳 常见燃料电池的电极反应 在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。 电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。 (1)甲烷燃料电池。 电解质:KOH,探究一,探究二,探究一,探究二,(4)熔融盐燃料电池。 熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔
10、融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气与CO2的混合气为正极反应物,制得在650 下工作的燃料电池。有关的电池反应式为:,探究一,探究二,典例剖析 【典例2】 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是( ) A.该燃料电池A是正极,B是负极 B.电极A上H2参与的电极反应为:H2+2OH-2e-=2H2O C.电池工作时, 向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e-=2,探究一,探究二,答案 D,探究一,探究二,书写燃料电池的电极反应式应注意的问题 (1)电池的负极一定是可燃性气体,失电子,发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2
11、),得电子,发生还原反应。 (2)电极材料一般不参加化学反应,只起传导电子的作用。 (3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式,也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。,探究一,探究二,变式训练2氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图,该电池电极表面镀了一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答: (1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,在导线中电子的流动方向为 (用a、b表示)。电池中的交换膜为阴离子交换膜,则溶液中OH-的移动方向为由 池移向 池(填“左”或“右”)。 (2)负极反应式为 , 正极反应式为 。,探究一,探究二,解析 (1)原电池的实质是把化学能转
12、化为电能的装置;在原电池中,电子从负极经导线流向正极,溶液中OH-的移动方向为由右池移向左池,而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极,故电子由a流向b。(2)H2在负极上失电子,因为电解质溶液是KOH溶液,故正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,负极反应式为2H2+4OH-4e-=4H2O。 答案 (1)化学能转化为电能 ab 右 左 (2)2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-,1,2,3,4,5,1.下列说法中错误的是( ) A.化学电池是将化学能转变成电能的装置 B.化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等 C.化学电池供能稳定可靠,使用方便,易
13、于维护 D.废旧电池可以随意丢弃 答案 D,1,2,3,4,5,2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+2MnO(OH)(s)。 下列说法错误的是( ) A.电池工作时,锌失去电子 B.电池正极的电极反应式为 2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-=2MnO(OH)(s)+2OH-(aq) C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极 D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g,1,2,3,4,5,解析 根据题意,该电池的负极材料是锌。
14、电池工作时,锌本身失去电子而发生氧化反应,失去的电子通过外电路移向另一极(正极),在该电极上,MnO2获得电子发生还原反应生成MnO(OH):2MnO2+2e-2MnO(OH)。从元素守恒的角度来看,右侧还多2个氢。在碱性溶液中不出现H+,故正极反应为2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+ 2OH-。反应中,失去0.2 mol电子,消耗掉0.1 mol锌,质量为6.5 g。 答案 C,1,2,3,4,5,解析 原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,通氧气的一极为正极,选项A不正确;根据电极反应式和电子守恒可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为72,选项B正确;C项,由电极
15、反应式可知,放电一段时间后,KOH的物质的量浓度减小,选项C不正确;负极周围的OH-参与电极反应,不断减少,水电离产生的H+就不断增加, 向负极移动,选项D不正确。,答案 B,1,2,3,4,5,4.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为H2SO4溶液,工作时的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。下列结论正确的是( ) A.Pb为正极被氧化 B.溶液的pH不断减小 C. 只向PbO2处移动 D.电解质溶液的密度不断减小 解析 由题给电极反应可以看出H2SO4不断被消耗,故pH不断增大,H2SO4浓度减小,溶液密度减小,所以B错误,D正确;由Pb元素化合价的
16、变化可以看出Pb是负极,所以A错误;原电池工作时,整个电路中负电荷的流向是一致的,外电路中,电子由Pb极流向PbO2极;内电路中,负电荷( 和OH-)移向负极,所以C不正确。 答案 D,1,2,3,4,5,5.熔融盐燃料电池具有很高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,制得在650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式: 负极反应式:2CO+2 -4e-=4CO2; 正极反应式: ; 总电池反应式: 。 解析 负极失去电子发生氧化反应;正极得到电子发生还原反应。依题意,总电池反应式应为CO的燃烧反应,即2CO+O2=2CO2,根据正极反应式+负极反应式=总电池反应式,可推知正极反应式。,